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寺田 隆哉; 西村 昭彦; 岡 潔; 森山 拓*; 松田 宏康*
保全学, 13(4), p.87 - 94, 2015/01
New maintenance technique was proposed using a hand-held laser torch for aging chemical plants and power plants. The hand-held laser torch was specially designed to be able to access limited tubular space in various cases. A composite-type optical fiberscope was composed of a center fiber for beam delivery and surrounded fibers for visible image delivery. Laser irradiation on a work pieces with the best accuracy of filler wire was carried out. And, we found that the optimized wire-feed speed was 2 mm/s in laser cladding. We succeeded to make a line clad on the inner wall of 23 mm tube. This technique was discussed to be applied to the maintenance for cracks or corrosions of tubes in various harsh environments.
西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也; 寺田 隆哉; 大道 博行
Journal of Laser Micro/Nanoengineering, 9(3), p.221 - 224, 2014/11
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Nanoscience & Nanotechnology)耐熱FBGセンサをフェムト秒レーザー加工により製作し、原子炉配管の高温に適用した。このセンサを鋼板表面に実装し、共振条件での振動試験を実施した。本センサの耐熱性能は600
Cである。安定化波長可変レーザーを使用して原子炉の日常点検のモニタとして利用できることを試験した。このセンサを繰り返し歪み計測を行なえるよう振動鋼板に取り付けた。溶接、ロウ付け、半田付け、そして貴金属接着剤など、各種の取り付け方法について議論した。
西村 昭彦; 寺田 隆哉; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也
Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 6 Pages, 2014/07
2007年より、原子力機構ではレーザー・光技術を用いた構造健全性の監視技術開発を実施してきた。超短パルスレーザー加工によるFBGセンサが最有力手段である。耐熱性を最も有効に活かすためにレーザー肉盛り加工により埋め込みを行った。ステンレス鋼材に溝加工を施した。熱源にはQCWレーザーを使用し、フィラーワイヤを溶接した。溶接ビードは良好なものとなった。FBGセンサはしっかりと固定されたが、反射スペクトルに劣化は認められなかった。FBGセンサは衝撃や音響振動を効果的に検出することができた。加熱により6nmの反射ピークのシフトが得られ、これは600度の温度上昇に相当する。FBGセンサを固定するための小型レーザー肉盛り装置についても紹介を行った。
西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也; 寺田 隆哉; 大道 博行
Proceedings of 1st Smart Laser Processing Conference 2014 (SLPC 2014), 4 Pages, 2014/04
耐熱FBGセンサがフェムト秒加工により製作された。これらセンサを原子炉配管に適用するために、高温での振動試験が試みられた。このFBGセンサは600Cでの耐熱性能を示した。波長可変レーザーを用いた周波数安定化検出システムが試験された。これは原子炉での日常点検における構造健全性の確認に役立つ。このFBGセンサは振動により歪が誘起された鋼板の上に取り付けられた。FBGセンサの金属モールドのため、溶接、ロウ付け、貴金属微粒子接着剤について考察を行った。
西村 昭彦; 寺田 隆哉
Proceedings of SPIE, Vol.8963 (CD-ROM), p.896307_1 - 896307_7, 2014/02
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Optics)構造健全性の監視のため、耐熱センサの開発を行った。監視すべき環境は、センサにとって放射線・高温・電磁パルスなど過酷な状況である。超短パルスレーザー加工による耐熱FBGセンサが最も有力な候補である。壊れやすい光ファイバ部分を保護するために、接着剤と補強繊維との組み合わせ以外に、レーザー熱加工溶接による金属モールドでの埋め込みを提案する。サンプルとしてSUS鋼板への回転砥石による溝加工を行い、QCWレーザーによるパルス熱加工により光ファイバを鋼板に金属モールドとともに埋め込みを行った。加工した溝には溶接ワイヤと光ファイバの埋め込みを行い、パルスレーザーによる加熱を施した。パルス長さは10ミリ秒、パルスエネルギーは10Jである。光ファイバの一部は溶融金属に接触した。サンプルを移動させながらレーザー照射行った。耐熱FBGセンサは1センチの長さにわたって2mmの深さに埋め込まれた。サンプルに衝撃を加えることでFBGセンサが動作していることが確かめられた。ここでは、レーザー熱加工時のセンサのピークシフトについて考察する。
西村 昭彦; 寺田 隆哉; 島田 幸洋; 米本 幸弘*; 山田 知典
Proceedings of 20th International Conference on Nuclear Engineering and the ASME 2012 Power Conference (ICONE-20 & POWER 2012) (DVD-ROM), 5 Pages, 2012/07
レーザー技術を用いた計測法を原子力プラントの冷却系の保守保全のために開発している。計測技術としては、光ファイバセンサ技術を用いることで地震に対する振動計測が可能であることを明らかにした。さらに放射光X線による吸収コントラスト法を用いることにより、レーザー溶接補修の際の溶融池の内部の対流現象を解明した。一方で、表面制御技術としては、熱交換器伝熱管のレーザー肉盛り溶接補修が可能な新型プローブ装置を開発を進めた。また、レーザー蒸発は配管表面の汚染除去に有効であることを明らかにした。これらのレーザー技術は、原子炉の冷却配管の保守保全に役立つことが期待される。
西村 昭彦; 寺田 隆哉; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也; 伊尾木 公裕*
no journal, ,
原子力機構では、レーザー技術を中心とした各種の保守保全技術を推進中である。配管の振動監視としては超短パルスレーザー加工を用いたFBGセンサシステムの開発を進めている。これまでの開発により、FBGセンサ自体の製作に目途をつけることができた。現在500度以上での耐久性試験と配管への実装方法の開発が喫緊の課題である。今回、レーザー溶接によりFBGセンサを鋼材に埋め込み固定することに成功した。ここでは、レーザー溶接が耐熱センサに与える熱影響について報告する。
西村 昭彦; 寺田 隆哉; 竹仲 佑介*; 下村 拓也; 大道 博行
no journal, ,
耐熱FBGセンサの特性と計測システムの開発について報告する。FBGセンサの計測には市販の計測システムがそのまま使用できるか、あるいは改造が必要かはFBGセンサの温度特性と測定対象物の振動周波数に依存する。図1に金属モールドで固定したFBGセンサをCWレーザーにより局所加熱を行った結果を示す。ここではSMART FIBERS社製の計測システムを使用した。FBGセンサを固定した金属モールド部分を中心に10mm直径に224Wのレーザー照射を行うことで、加熱開始から10秒後に6.7nmの反射ピークシフトが得られた。これは温度に換算すると558度となる。この温度で使用できるFBGセンサは市販品にはなく、原子炉の計測に不可欠である。
寺田 隆哉; 山田 知典; 西村 昭彦
no journal, ,
蒸気発生器伝熱管の点検保守装置,技術開発に取り組んでいる。これまでの研究において伝熱管内壁面に存在する微小欠陥をETCセンサで発見し、複合型ファイバーを利用して微小欠陥を観察しながらレーザー溶接補修することができる伝熱管内壁補修装置を開発した。この装置に新たにフィラーワイヤー送給機構を付加し、伝熱管減肉を管内側からレーザークラッディング補修可能な装置の開発を目指している。装置設計のために必要なフィラーワイヤーの送給条件,レーザー照射条件,照射環境,照射面が水平及び垂直である場合と肉盛り溶接の関係について比較検討を行ったので報告する。
寺田 隆哉; 西村 昭彦; 岡 潔
no journal, ,
原子力機構ではFBRの1インチ伝熱管に挿入可能な伝熱管検査補修システムを完成させた。このシステムは渦電流探傷装置(ECT),観察用及びレーザー照射用ファイバが一体となった複合型光ファイバスコープとレーザー加工ヘッドで構成されており、1インチ管内の模擬微小欠陥を発見し、観察しながらレーザー溶接補修することができる。この検査補修技術は、火力発電,ボイラー,石油化学プラントなどの大型機器から食品加熱装置のような小型機器まで幅広く適用が可能である。本報告ではこれまでのシステムを改良発展させ、配管内に生じた流れ加速型腐食によって、配管の内径が大きく損傷した場合、これを補修するレーザークラッディング技術開発について述べる。
寺田 隆哉; 西村 昭彦
no journal, ,
1インチ伝熱管に発生した配管減肉のレーザー肉盛り溶接補修装置の開発に取り組んでいる。本研究では配管接続部近傍で開口部に近い、検査補修時に比較的アクセスしやすい場所に発生した配管減肉を補修対象とした。レーザー肉盛り溶接補修装置は、レーザー加工ヘッド,レーザー加工ヘッド動作装置,ワイヤ送給装置,複合型光ファイバカップリング装置,ファイバレーザー,制御用PCで構成されている。レーザー加工ヘッドは1インチ伝熱管に挿入可能で、配管外部の動作機構で回転,前後動作させることで、管内のさまざまな個所に発生した欠陥に対応可能である。また、レーザー加工ヘッドと配管の隙間を利用し、溶接ワイヤ及び溶接アシストガスを供給する。レーザーは300Wでは溶接品質が不十分、2kWでは煙ヒュームの大量発生、大型で現場補修に不向きという問題点を確認しており、補助熱源の利用も含めた最適なレーザー源の選定が必要である。今後、伝熱管内レーザー肉盛り溶接技術は高経年化軽水炉,石油化学プラント,新型炉などさまざまなプラントに発生する配管減肉補修への応用を行う。
米本 幸弘; 西村 昭彦; 島田 幸洋; 寺田 隆哉
no journal, ,
原子力設備の状態検査や安全管理等は原子炉の安全運転のためにも必要不可欠である。特に、耐震保全,放射能等の除染や他にも作業員が立ち入ること(目視観察が不可能)ができない設備の状態観察においては作業員の被ばく量を軽減する等の観点から遠隔による保守保全技術の確立は重要な課題となりつつある。本研究では、原子炉の耐震保全のために開発中のFBGセンサーの原子炉配管技術に関連する技術開発を実施している。具体的には、センサーの取り付けや狭隘空間での遠隔補修作業等を見据えたパルスレーザーの遠隔伝送を可能にする装置の開発を行っており、その概念と実機への応用可能性を報告している。この研究の結果から、酸化膜で覆われたSTPA24表面へのパルスレーザー照射により得られたスペクトル分布の強度は、時間の経過とともに減少し、最終的には全体的になだらかな分布になることがわかり、こうした時間変化に伴うスペクトルの挙動は酸化膜除去の定量的な目安になる。本研究成果は、将来的なFBGセンサー設置だけでなく原子炉の廃炉等を含めたレーザー加工技術開発の一助となると考えられる。
寺田 隆哉; 伊東 富由美; 西村 昭彦
no journal, ,
狭隘部における二種類のレーザープロセシング技術開発に取り組んでいる。一つはナノ秒パルスレーザーを用いた表面クリーニングとLIBSを行う技術、もう一つはCWレーザーを用いた肉盛り溶接技術である。レーザー伝送用ファイバの周囲に画像伝送用ファイバを配置した複合型光ファイバシステムにより狭隘部での画像観察とレーザー照射を実現している。高経年化プラントへの適用を見据えた取り組みについて報告する。
寺田 隆哉; 伊東 富由美; 西村 昭彦
no journal, ,
We developed two brand new devices. One is an inspection machine with surface cleaning and LIBS by a nanosecond pulsed Nd:YAG laser. Another is a cladding machine for heat exchanger tubes by a CW Yb-doped fiber laser. In both cases, a composite-type optical fiber system successfully delivered the laser beams to limited tubular space. The pulsed laser beam repetitively ablated the oxide layer and atomic emission lines were analyzed by a spectrometer simultaneously. The CW fiber laser cladding with wire feeding was performed to fill up the inner wall wastage. We are proposing to apply our technologies to plant maintenance.
山田 知典; 寺田 隆哉; Zhang, S.; 菖蒲 敬久; 西村 昭彦; 村松 壽晴; 小溝 裕一*
no journal, ,
原子力施設をはじめ一般産業施設に展開可能なレーザー溶接技術の開発を進めている。この中では、残留応力の精密な評価と制御法の確立に向け、温度分布と強連結過程にある溶融池内の対流現象に着目し研究を行っている。本研究では、大型放射光施設(SPring-8)からの高輝度単色X線を利用して、試験片に対し上面及び側面からファイバーレーザーを照射し、形成した溶融池内部対流挙動の直接観察により過渡特性を評価した。さらに、ひずみ分布測定により、照射方向による温度場への影響とひずみ分布への影響を評価した。上面より照射した場合は、流動の方向が時々刻々と変化する様子が観察された。一方、側面より照射した場合は、時計回りの流れが観察され、両者で流動の方向が異なった。ひずみ分布を測定すると、上面より照射した場合は、照射部を中心として左右対称となったが、側面より照射した場合は、表面近傍に強い引張ひずみが形成する領域が存在するとともに、そのひずみ分布は照射部を中心として左右非対称となることが確認された。以上より、溶接部近傍の温度場に影響を与える要因(流動場など)を通じて、残留ひずみ分布を制御できる可能性が示唆された。
寺田 隆哉; 伊東 富由美; 西村 昭彦
no journal, ,
レーザー伝送用ファイバと画像伝送用ファイバを同軸上に束ねた複合型光ファイバを用い、1インチ配管内においてレーザー肉盛り溶接、画像観察および分光分析が可能な装置、技術の開発に取り組んでいる。肉盛り溶接ではミリ秒パルスレーザーを用い、ワイヤ送給による連続的な溶接を実現した。肉盛り溶接の成功にはワイヤ、母材、レーザー照射位置を狭隘空間において一致させることが重要であり、画像による確認とワイヤ母材間の電圧計測によりこの課題を克服した。また、同装置においてナノ秒パルスレーザーを肉盛り溶接後のサンプルに照射、LIBS分析により母材と溶接部の組成の違いを確認することに成功した。本技術は高経年化した原子力プラントや石油化学プラントの配管保守保全への適応が期待される。
西村 昭彦; 寺田 隆哉; 竹仲 佑介*; 下村 拓也; 大道 博行
no journal, ,
2007年の能登半島地震以来、原子力施設の耐震モニタリング技術向上を目的として、高温下で長寿命の振動センサの開発を実施している。これまでの開発で、超短パルスレーザーの点描により製作したFBGセンサは600度の高温に耐える。耐熱接着剤による鋼材への貼り付けと振動計測にも成功した。実用化のためには原子力施設の現場での施工性と長期間の信頼性の両方を満たすセンサ装着方法が必要不可欠であり、ファイバを金属モールドで固定することが最適と考えた。超短パルスレーザー加工により製作したFBGセンサをSUSプレートにレーザー加熱により埋め込みをおこなった。FBGセンサを固定した金属モールド部分を中心に10mm直径に224Wのレーザー照射を行うことで、加熱開始から10秒後に6.7nmの反射ピークシフトが得られた。これは温度に換算すると558度となる。講演では周波数安定化波長可変レーザー光源を使用して、600度の温度で500Hzの振動を捉える計測システムと流体計測への応用について報告する。
寺田 隆哉; 橘内 大輔; 西村 昭彦; 伊東 富由美*
no journal, ,
In Japan there are a lot of aging plants which have wearing parts and wall thinning tubes and require major maintenance and repairs. The efficient method is required to repair all of them in various spaces. A laser processing is a promising technology. We have been developed a compact laser cladding system to use in facilities in operation. And we developed a inspection probe to measure a shape of 1inch tube inside before and after laser cladding.
寺田 隆哉; 西村 昭彦; 岡 潔; 外山 亮治*; 橘内 大輔*
no journal, ,
熱交換器伝熱管の保守保全装置を試作した。この装置は原子力機構が開発した卓上サイズのファイバによる検査、溶接補修技術がベースとなっている。伝熱管の中に挿入されるレーザー加工ヘッドは回転および直動運動が機械的に精密制御されている。また配管検査として、表面の微小な角度変化によるレーザー照射時の散乱光強度変化を計測する方法について検討した。
西村 昭彦; 寺田 隆哉; 山田 知典; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*
no journal, ,
われわれはレーザーによる精密スポット溶接部分の検査技術の開発を行っている。熱交換器伝熱管の突合せ溶接の内壁部分を検査に、複合型光ファイバスコープを用いて成功した。これに関連する技術は、以下の3つである。(1)渦電流探傷による高速検査、(2)内視鏡観察、(3)放射光によるX線吸収コントラスト計測。これらの技術は汎用性が高く産業プラントの保守保全に役立つ。
